CN102405302B - 特征在于锥形沉积室中密度优化的hula衬底支架的剥离沉积系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用剥离工艺的气相沉积装置，该装置包括：蒸发源；安装成绕通过蒸发源的第一轴旋转的空间框架；安装到所述空间框架上的中央穹顶状晶片支架，其中中央穹顶状晶片支架的中心点与所述第一轴对准；安装到所述空间框架上的轨道穹顶状晶片支架，轨道穹顶状晶片支架处于偏离第一轴的位置并可绕通过该轨道穹顶状晶片支架的中心点和蒸发源的第二轴旋转；及中央穹顶状晶片支架和轨道穹顶状晶片支架上的多个晶片位置，其中每一晶片位置均偏离第一轴和第二轴，多个晶片位置中的每一个构造成将安装于其中的晶片的衬底表面定向成在绕第一轴和第二轴旋转期间与从晶片位置延伸到蒸发源的径向轴正交。

Description

特征在于锥形沉积室中密度优化的HULA衬底支架的剥离沉积 系统

本申请要求2009年4月28日申请的美国临时专利申请61/214,800及2009年5月13日申请的美国临时专利申请61/216,093的权益。

发明背景

1.技术领域

本发明总体上涉及半导体处理和光学涂层。具体地，本发明涉及衬底上的物理气相沉积。

2.现有技术

电子束蒸发通常用于在已知为镀金属的过程中向晶片涂覆薄金属层。通常，在典型的硅晶片制造中，金属层沉积之后进行蚀刻以形成集成电路的电路迹线。对于高频率集成电路，砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)和二者之间的多种合金及类似的电光材料现在通常用作衬底。然而，一些金属在其表面上形成表皮氧化物，这在本领域称为“表皮效应”。在使用高频率功率的电路中，这是问题所在。这对于蜂窝装置中使用的IC芯片尤为重要，因为表皮效应增大功耗。

金经常用作集成电路导体，因为，作为钝态金属，金将不形成表皮氧化物。遗憾的是，金的使用引起其它问题。当用作衬底的材料为不同于硅的材料如先前提及的砷化镓时，这些问题出现。对于将金层直接沉积在GaAs衬底上，有两个问题。首先，金将浸入衬底内。其次，金将不能足够地直接附着到衬底上。因此，为防止金浸入衬底内，钯或铂的扩散屏障将金与GaAs分开。另外，钛或铬的粘附层在衬底和扩散屏障之间沉积在GaAs衬底上以使金和扩散屏障粘附到衬底上。这些屏障和粘附层通常必须非常薄且非常均匀。

与硅衬底上的金电路迹线不同，在典型的蚀刻过程中金电路迹线不能从GaAs衬底进行蚀刻，因为蚀刻剂将消除粘附层和扩散屏障，因而使电路迹线脱离衬底。这无疑是不合需要的结果。因此，如本领域众所周知的，金电路迹线通常根据“剥离”工艺进行制造。为使用该工艺，将要沉积的金属源必须实现相对于衬底表面尽可能接近90度的轨迹。这被称为正交沉积，及因而产生的最佳涂层称为“剥离”涂层或零阶覆盖。在剥离过程中通常使用的物理气相沉积方法为电子束蒸发。在多个晶片必须由单一源精确涂覆的实践应用中，这需要复杂的、针对特定功率水平和材料具有特定设置的机器。这些复杂系统的例子已公开。

美国专利申请2003/0180462(2003，Chang等)公开了一种行星式剥离气相沉积系统。该系统包括安装在具有平坦顶壁和平坦底壁的正方形或长方形真空室中的多个穹顶。多个穹顶绕源中心线轴及绕另一第二旋转轴旋转以确保均匀涂覆目标晶片及相较于单穹顶系统使用更大百分比的源蒸发的材料。该系统构造成不使用均匀性掩模即可产生正交剥离涂层。

Chang等的系统的优点在于在行星式结构中使用多个穹顶以实现对过程变化如蒸发物材料、功率水平、束位置等不太敏感的方法，同时不使用均匀性掩模。尽管Chang的装置在收集效率方面相较单穹顶系统有一些改善，但Chang等的系统的缺点在于在不同于目标晶片的表面上仍有蒸发物材料的浪费。

美国专利3,858,547(1975，Bergfelt)公开了一种具有可调节的旋转系统的涂布机。该涂布机包括具有平坦顶壁和平坦底壁的圆柱形真空室。其中包括至少一涂层源。涂层源位于安排成12英寸圆圈的电阻加热船中。多个转轴组件安装在该室中，每一转轴组件具有可旋转的转轴。衬底架由每一转轴携载并适于以下述方式携载衬底：其适于从涂层源接收涂层材料。提供使转轴组件绕源旋转及使转轴在绕源旋转的同时绕其自己的轴旋转的装置。另外，提供使能调节转轴组件与绕源旋转的中心的间距的装置。此外，提供使能调节转轴相对于涂层源的角度的装置，从而调节蒸气涂覆流相对于转轴携载的衬底的入射角。

Bergfelt装置的缺点在于转轴组件必须根据涂层源船位于12英寸圆圈中的哪里进行调节。由于需要另外的设置时间，这降低了晶片数量的产量。尽管Bergfelt装置相较单穹顶系统提供提高的效率，在转轴组件的不同于目标晶片的表面上仍存在蒸发物材料的浪费。

美国专利3,643,625(1972，Mahl)公开了一种具有支架和多个托架的薄膜沉积装置。每一托架具有呈球体的一部分表面的构造的表面。提供用于以下述方式将托架可旋转地安装在支架上的结构：托架的表面位于共同球体的表面上。提供驱动机构以使支架在相对于托架居中定位的轴上旋转及使托架相对于支架绕其自己的旋转轴旋转。材料源看上去大约定位在球体表面上或更远离托架。

Mahl装置的缺点在于将材料源定位在球体表面上或更远离球体表面需要大得多的真空室。通过使用更大的真空沉积室，更大量的暴露表面区域可用于接收未沉积在预计接收薄膜涂层的表面上的蒸发源材料。此外，晶片不与蒸发物源正交，因而对于与“剥离”过程一起使用，其不能接受。

因此，需要一种能够进行剥离应用所必需的正交沉积的电子束涂布机，其对过程变化如蒸发物材料、功率水平、束位置等不太敏感。还需要一种更有效率的电子束涂布机。

发明内容

本发明的装置和方法在短时间段内在大量晶片上沉积均匀的“剥离”涂层。相较于现有的气相沉积装置和方法，本发明装置和方法使用更大百分比的蒸发材料，当蒸发不同的材料时不需要改变任何组件，及可靠和一致地沉积更均匀和精细的涂层。

本发明在通过创新技术的独特组合获得的剥离处理中提供进步潜力，前述创新技术包括：优化常规单旋转轴穹顶的收集效率以获得使用单均匀性掩模(对于单沉积材料)或多个掩模(对于多层材料)可实现的最高运行效率，通过对先进的HULA(高均匀性剥离组件)衬底架应用相同的组装密度原理而使这些效率改善成倍增加，及用锥形室代替常规盒形沉积室。从盒形沉积室到锥形室的转变预示巨大的泵浦优势，因为表面积和体积减小。在锥形室中采用超有效率的穹顶或先进的HULA衬底架产生一套独特的综合技术创新。该套独特的综合技术创新表明锥形室将产生高达约50％的泵浦效率提高，及锥形室加先进的HULA的使用提供近40％的产量提高。

收集效率意为沉积在晶片上的蒸发材料的百分比。对于单旋转轴衬底架或穹顶，收集效率由过程需要的均匀性掩模、穹顶的直径、穹顶上的衬底的组装密度、及蒸发物团的形状和球形穹顶之间的匹配确定。

蒸发材料呈直线从源朝向衬底架穹顶保持的晶片行进。然而，蒸发物矢量场或蒸气团并不均匀。如果穹顶及其包含的晶片固定不动，则该团的变化将导致晶片上极不均匀的涂层分布。穹顶绕源中心线旋转使出现在中心线周围的环形通路中的变化平均，从而大大降低该团的不均匀性。然而，即使穹顶旋转，仍保留可观的源不均匀。涂层厚度在源中心线附近最大，及随着晶片与源中心线的距离增加而减小。为减小沉积在最靠近源中心线处的涂层的厚度，在源和穹顶之间安装其宽度随着半径增加逐渐变细的静止均匀性掩模。随着穹顶旋转，相较远离中心线的地方，均匀性掩模在中心线附近阻挡更大部分的蒸气。独特的均匀性掩模必须针对蒸发物材料及明显影响蒸气团形状的其它蒸发条件进行定制调整。当设计好的均匀性掩模增加到系统时，均匀性掩模使总涂层均匀性在可接受的限度内。遗憾的是，该掩模在穹顶外排晶片的最远边缘处必然将平均涂层厚度限为无掩蔽沉积实现的最低水平。

优化掩模收集和穹顶收集之间的权衡对于总收集效率而言必不可少。优化该权衡的关键在于确定掩模收集开始超越穹顶收集时的穹顶直径。下面的方程式数学地表示该权衡。

$T_p=\frac{T_o{\cos }^n\mathrm{\θ}\cos \mathrm{\φ}}{R^2}---\left(1\right)$

其中：T_p＝在点p处的涂层厚度

T_o＝υ＝0，φ＝0，R＝1时的涂层厚度

υ＝发射角，即源中心线和从虚拟源到所考虑的点画的线之间的角度

φ＝蒸气在所涉及点处的入射角。即，垂直于晶片下侧画的线和蒸气在该点的实际轨迹之间的角度

R＝穹顶球半径＝从虚拟源到穹顶球表面上的任何点的距离

n＝在υ、φ、和R的值已确定之后计算的值

在物理条件中，确定涂层厚度的三个因素为所蒸发的材料、蒸发速度和虚拟源的温度。这三个因素继而为下述另外的变量的函数。这些变量包括电子束枪的发射电流、坩埚大小、是否使用坩埚衬里、坩埚内的蒸发物池的水平、束斑大小、束斑位置、是否静止在蒸发物材料池的表面上、是否使用束扫描、及束扫描图案针对所涉及材料的优化。这些因素中的部分因素本身具有相对可忽略的影响。然而，在相对小的因素彼此混合的处理条件下，它们的累积影响可很明显。

所有上述这些继而取决于蒸发物材料的蒸气团形状。在物理条件中，蒸气团形状的主要决定因素为蒸发物材料和蒸发速度，其主要为电子束枪施加的功率的函数。发明人进行的蒸气团研究已证明上面方程式中的cosⁿ提供蒸气团形状的精确指示。基于低n值的蒸气团呈短扁圆状。随着n值增加，蒸气团形状变成狭长及更像泪滴的形状。发明人进行的蒸气团研究还表明，对于许多材料，假定蒸发速度保持不变，沉积速度作为与虚拟源之间的距离的函数非线性地下降。理解进行沉积的材料的蒸气团形状使能优化均匀性掩模，其产生来用于确保跨晶片的全部穹顶负荷(或批)的图层均匀性。发明人进行的蒸气团和沉积研究还使能以经验为主地确定，对于特定穹顶曲率半径，掩模收集超越晶片收集时的最大穹顶直径或大小。当大小(晶片容量)超过该限度时，单轴穹顶将达到其最大收集效率，因为相较于递增地收集在穹顶中的晶片上，更多的沉积材料对均匀性掩模无动于衷。该匹配的优化是收集效率优化中的决定性因素。

HULA(高利用剥离组件)行星式衬底架设计成使均匀性掩模与单穹顶系统一起使用时固有的收集效率损失最小。这样的系统中需要的均匀性掩模通常收集10-12％的蒸发材料。目前的HULA结构由几个行星穹顶组成，没有中央穹顶。这样的HULA系统不需要均匀性掩模，因此实现10-12％的收集效率改善。HULA系统的另外的好处在于其对影响蒸气团形状的任何过程变量(如蒸发物材料、沉积速度或束位置)远没有单穹顶系统敏感。因此，相较于需要使用大量均匀性掩模的单穹顶沉积系统，HULA行星式系统使能在更短的时间段内在大量晶片上沉积一个或多个均匀的剥离涂层。

本发明为先进的HULA概念，其包括一圈行星式穹顶围绕同样大小的中央穹顶。在该结构中，HULA系统仅需要非常小的掩模以使中央穹顶的涂层厚度和均匀性与外部穹顶的匹配。中央穹顶需要的掩模比典型的单穹顶系统的小，不仅因为前者远小于后者，而且因为中央穹顶的掩模仅需平均该穹顶的涂层厚度以与卫星穹顶中的晶片的中心线的涂层厚度匹配。

此外，相较于保持同样直径的晶片托架的常规盒形室，锥形沉积室的使用使抽空时间减少高达50％。该抽空时间的减少对总运行成本(COO)有明显的好处。另外的COO降低将源自下述因素。锥形部分体积比等效盒体积小42％。体积减小导致泵浦需求减小，及通过使用更小的泵而可能节能。锥形部分表面比等效盒表面少30％。当来自表面的除气作用负责必须从室蒸发的气态材料的有效体积时，预计50％的抽空时间改善中的大部分由该表面积的减少引起。真空沉积室的锥形形状使屏蔽需求减少，因为室壁不使其表面准备用于沉积，而是远离流出角。对于每批循环操作，实现节约。

本发明包括下述其它优点。锥形室可通过液压成型工艺制造，从而它们的总制造成本将远低于制造厚的、超加强的、及焊接的立方体时的成本。相较于盒形室，锥形室使用较少的材料及更轻和更易于运输。清洁、维护和更换沉积屏的成本大大减少。锥形室形状使可能将附属的泵、气动部件和电子部件结合在其直径由锥体的上直径确定的紧凑圆柱体内。低温泵可面向远离枪、沉积室中的热源的方向并向上进行安装，使得它们在沉积室的主体的下面。该位置有利于高导泵浦。泵浦效率的提高使可能大大减小泵的尺寸、降低初始系统成本、及减少超时运行泵所需要的能量。

此外，收集效率的提高在特定应用中将导致明显的COO改善，尤其是那些涉及沉积金及其它贵金属的应用。目前，在涂覆过程中耗用的大多数金或沉积在内屏上或沉积在覆盖光阻材料的衬底上。当剥离过程结束时，只有约10％的金保留沉积在衬底上。室屏和剥离剩余物去到金回收人员处，其通常收取金初始值的一百分比作为其费用。对于其处理需要金沉积的用户，购买和管理其金库存的花费每月可达几十万美元。因此，本发明的关键目标是减少不同于衬底表面的任何表面上沉积的金属量。随着更高百分比的金流沉积在晶片上，每一沉积轮次的持续时间缩短，从而生产量提高。另外的生产量提高将源自更换屏所需要的时间的减少，锥形设计中的屏比盒形涂布机中的小得多。

本发明的这些及其他目标由使用剥离工艺、通过蒸发将材料沉积在衬底上的设备实现。在本发明的一实施例中，该设备包括锥形外壳、蒸发源、一个或多个轨道穹顶状件、中央穹顶状件、均匀性掩模、及一个或多个晶片接收位置/定位件。锥形外壳具有圆顶、底部和从圆顶朝向底部收敛的侧壁。蒸发源与底部相邻定位并与延伸通过圆顶的中心点的第一轴对准。一个或多个轨道穹顶状件与圆顶相邻地位于蒸发源上方且处于距延伸通过圆顶中心点的第一轴恒定半径处。一个或多个穹顶状件绕第一轴旋转，且每一轨道穹顶状件同时绕延伸通过该轨道穹顶状件的中心点的第二轴旋转。中央穹顶状件具有与第一轴对准的中心点及中央穹顶状件绕第一轴旋转。均匀性掩模位于蒸发源和中央穹顶状件之间且操作上保证仅与中央穹顶状件一起使用。一个或多个晶片接收位置位于一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件的每一个内，用于在其中接收晶片。

在本发明的另一实施例中，一个或多个晶片接收位置与蒸发源实质上正交。

在本发明的又一实施例中，本发明设备包括定位一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件并使其绕第一轴旋转的支撑结构。

在本发明的再一实施例中，本发明设备包括支撑结构，其中该支撑结构定位一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件，使得由一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件形成的弧线与其中心在第一轴上且位于蒸发源处的球体的圆周一致。

在本发明的另一实施例中，本发明设备包括还包括驱动系统的支撑结构，驱动系统使一个或多个轨道穹顶状件绕其各自的第二轴旋转。

在另一实施例中，本发明设备为使用剥离工艺的气相沉积装置。气相沉积装置包括蒸发源、安装成绕通过蒸发源的第一轴旋转的空间框架、与圆顶相邻地位于蒸发源上方并处于距延伸通过圆顶中心点的第一轴恒定半径处的一个或多个轨道穹顶状件、中央穹顶状件、均匀性掩模、及一个或多个晶片接收定位件。一个或多个穹顶状件绕第一轴旋转，且每一轨道穹顶状件同时绕延伸通过该轨道穹顶状件的中心点的第二轴旋转。中央穹顶状件具有与第一轴对准的中心点及中央穹顶状件绕第一轴旋转。均匀性掩模位于蒸发源和中央穹顶状件之间且操作上保证仅与中央穹顶状件一起使用。一个或多个晶片接收定位件位于一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件的每一个内，用于在其中接收晶片。

本发明还公开了在晶片上有效率地产生剥离涂层的方法。在一实施例中，该方法包括蒸发来自一源的材料，使中央穹顶状件绕通过中央穹顶状件的中心和前述源的第一轴旋转，及使偏离中央穹顶状件的轨道穹顶状件绕第一轴旋转及使轨道穹顶状件绕通过该轨道穹顶状件的中心和前述源的第二轴旋转。中央穹顶状件使晶片安装于其上，晶片偏离第一轴并具有与前述源实质上正交的表面。轨道穹顶状件使晶片安装于其上，该晶片偏离第二轴并具有与前述源实质上正交的表面。

在本发明的另一实施例中，本发明方法包括同时使中央穹顶状件和轨道穹顶状件绕第一轴及使轨道穹顶状件绕第二轴旋转。

在本发明的另一实施例中，本发明方法包括执行步骤：蒸发材料，在具有圆顶、底部和从圆顶朝向底部收敛的侧壁的锥形外壳内旋转中央穹顶状件和旋转轨道穹顶状件。材料的蒸发邻近底部进行，中央穹顶状件和轨道穹顶状件的旋转邻近圆顶进行。

在本发明方法的另一实施例中，公开了在晶片上有效率地产生剥离涂层的方法。该方法包括：蒸发来自一源的材料，使中央穹顶状件绕通过中央穹顶状件的中心和前述源的第一轴旋转，及使偏离中央穹顶状件的轨道穹顶状件绕第一轴旋转及使轨道穹顶状件绕通过该轨道穹顶状件的中心和前述源的第二轴旋转。中央穹顶状件使晶片安装于其上，晶片偏离第一轴并具有与前述源实质上正交的表面。轨道穹顶状件使晶片安装于其上，该晶片偏离第二轴并具有与前述源实质上正交的表面。

附图说明

图1为本发明一实施例的侧视平面图，其中示出了锥形外壳。

图2为图1中所示实施例的局部俯视平面图。

图3为本发明一实施例的透视图，示出了中央和轨道穹顶状件的支撑结构。

图4为本发明一实施例的俯视平面图，示出了锥形外壳内的中央和轨道穹顶状件的相对位置。

图5为单穹顶现有技术装置中穹顶的俯视平面图，示出了从沉积途径收集最大量的材料的结构。

图6为现有技术三穹顶结构中的穹顶的俯视平面图。

图7为现有技术五穹顶结构中的穹顶的俯视平面图，在没有均匀性掩模的情形下使用。

具体实施方式

本发明的优选实施例如图1-4中所示。图1示出了本发明的行星式剥离沉积设备10的侧视平面图。电子束气相沉积通常在真空中进行。设备10包括密封的真空锥形外壳20、蒸发源40、中央穹顶状件60、一个或多个轨道穹顶状件80、支撑框架120(如图3中所示)、及均匀性掩模100。外壳20包括圆顶22、底部开口24和侧壁26。侧壁26从圆顶22朝向底部开口24收敛从而形成真空室12。蒸发源40与底部开口24相邻定位并与第一轴200对准。第一轴200延伸通过圆顶22的中心点21和蒸发源40。

中央穹顶状件60具有与第一轴200对准的中心点61。中央穹顶状件60以凹面60a面向蒸发源40且位于蒸发源40上方并邻近圆顶22进行定位。中央穹顶状件60可旋转地连接到支撑框架120(未示出)并绕中心点61和第一轴200旋转。

一个或多个轨道穹顶状件80以凹面80a面向蒸发源40且位于蒸发源40上方并邻近圆顶22进行定位，并处于距第一轴200和/或圆顶22的中心点21恒定半径处。轨道穹顶状件80绕第一轴200旋转，且还绕延伸通过轨道穹顶状件80的中心点81和蒸发源40的第二轴210旋转。轨道穹顶状件80绕第一轴200和绕第二轴210的旋转在运行期间同时发生。

非必须地及优选地，中央穹顶状件60和轨道穹顶状件80具有一样的直径和一样的凹面。中央穹顶状件60和轨道穹顶状件80的凹面实质上等于其半径等于蒸发源40分别和穹顶状件60、80的中心点60a、80a之间的距离的球体的表面。

均匀性掩模100位于蒸发源40和中央穹顶状件60之间。在该例子中，均匀性掩模具有泪滴形状，如图1中的放大俯视图所示。均匀性掩模100的前部101大约位于中央穹顶状件60的中心处，及较窄的尾部102大约位于中央穹顶状件60的外周边缘处。前述形状可根据所沉积的材料、使用的功率和中央穹顶状件60及蒸发源40之间的距离进行变化，然而，均匀性掩模100的较宽部分通常总是朝向中央穹顶状件60的中心，而较窄端通常总是朝向外周边缘。均匀性掩模100操作上保证仅与中央穹顶状件60一起使用，不用于掩蔽及不影响蒸发物材料沉积在轨道穹顶状件80上。轨道穹顶状件80不需要均匀性掩模。相较于与单穹顶系统一起使用的均匀性掩模，均匀性掩模100相当小，且仅在使中央穹顶状件60的涂层厚度和均匀性与轨道穹顶状件80的涂层厚度和均匀性匹配时需要。这使收集效率和生产量均得以提高。

图1中还示出了连接到沉积真空室12的隔离或闸阀300及用于包含蒸发源40的一对源环310。

现在参考图2，其示出了图1中所示实施例的俯视平面图。如图中可看出的，圆顶22具有圆形形状，侧壁26朝向外壳20的底部开口24收敛。

图3为支撑框架120的透视图。支撑框架120包括可旋转地连接到驱动件(未示出)以传递旋转的主驱动轴122，及包括框架毂124。驱动轴外伸部123固定连接到中央穹顶状件60的中心点60a处。多个伸展臂126的近臂端126a连到毂124。伸展臂126在毂124周围彼此等距间隔开。辅助驱动轴128的一端邻近远臂端126b可旋转地连接到并固定地附着到轨道穹顶状件80之一的中心点80a处。如图中可看出的，中央和轨道穹顶状件60、80中的每一个分别具有多个晶片接收位置140。优选地，多个晶片接收位置140中的每一个为用于在其中接收晶片的开口。在优选实施方式中，支撑框架120具有使用辅助驱动轴128支撑六个轨道或行星式穹顶状件80和使用驱动轴外伸部123支撑中央穹顶状件60的六个臂126。驱动件连接到主驱动轴122以使主驱动轴122能按箭头136所示那样旋转。这使得轨道穹顶状件80能绕主驱动轴122的第一轴200以行星运动旋转及将旋转运动传递给连接到驱动轴外伸部123的中央穹顶状件60。驱动件还连接到辅助驱动轴128以使辅助驱动轴128能按箭头138所示那样旋转。这使轨道穹顶状件80绕辅助驱动轴128的第二轴210旋转。因此，轨道穹顶状件80在绕第一轴200旋转的同时绕第二轴210旋转。

中央穹顶状件60和轨道穹顶状件80中的每一个包括一个或多个用于接收将要涂覆蒸发物材料的晶片的晶片接收位置140。晶片接收位置140构造成与蒸发源40实质上呈正交地定位晶片。晶片接收位置140可以是用于保持晶片的开口、凹处或安装平台。可释放的保持机构(未示出)在涂覆操作期间将晶片保持在适当位置，所有这些在本领域众所周知。

图4为支撑框架和真空室中的穹顶状件的俯视拉平图。为清晰起见，对图示进行了简化以更好地理解多个穹顶支架的主要构件的结构关系。在该实施方式中，支撑结构120具有毂124和六个伸展臂126。驱动轴外伸部123(未示出)支撑中央穹顶状件60，及邻近远端126b的辅助驱动轴128(未示出)连接六个伸展臂126中的每一个并支撑轨道穹顶状件80。所述结构定位在真空室12内，且位于锥形外壳20的圆顶22下面但与之相邻。中央和轨道穹顶状件60、80中的每一个实质上一样大小且定位成使得在六个轨道穹顶状件80中的任何一个间不使用均匀性掩模。相较单穹顶系统中使用的掩模相对更小的均匀性掩模100(未示出)使用在中央穹顶状件60的涂覆表面和蒸发源40之间。中央穹顶状件60所需要的均匀性掩模100比典型单穹顶系统的均匀性掩模小，不仅因为前者远小于后者，而且因为中央穹顶状件60的均匀性掩模100仅需使该穹顶的涂层厚度平均以与轨道穹顶状件80的中心点80a处及轨道或卫星穹顶状件80中的晶片的中心点或中心线处的涂层厚度匹配。

为比较目的，图5-7示出了现有技术穹顶系统，这些系统均使用盒形真空室。图5示出了盒形真空室中的单穹顶系统。图6示出了盒形真空室中的三穹顶卫星系统。很重要地，应注意阴影晶片位置将需要几个均匀性掩模以跨每一穹顶更均匀地产生一致的涂层。图7示出了盒形真空室中的五穹顶卫星系统，其中不需要均匀性掩模。

现在给出涂覆效率的例子。第一例子说明单穹顶系统的涂覆效率。

例1

该系统包括可从加利福尼亚州Livermore的Ferrotec-Temescal按型号FC4400获得的传统的分段剥离穹顶系统，其使用42英寸宽的单一穹顶。晶片直径为5.825英寸。涂覆工艺使用30晶片分段的TP8穹顶，具有30°¹/₂角度的蒸气角。

表1

如表1中可看出的，单穹顶系统具有微小的占19.08％的晶片收集。这意味着80.92％的蒸发物材料被浪费并收集在单穹顶、屏及盒形真空室的壁上。

例2

该系统包括传统的非分段单轴剥离穹顶系统，然而，制造成尽可能的大以收集最大量的沉积材料。图5示出了这样的单穹顶。其使用53英寸宽的穹顶建模。晶片直径为5.825英寸。涂覆工艺使用60个晶片，具有39°¹/₂角度的蒸气角。然而，从工效学制造角度，该单轴穹顶的大小并不可行，因为穹顶通常由多个部分组成以有助于将晶片移离真空室。为实现此，必须将总晶片总数从60减少到50，同时晶片收集的百分比按比例降低。

表2

如表2中可看出的，最大的和最有效率的标准单轴穹顶具有27.32％的晶片收集。这意味着72.68％的蒸发物材料被浪费并收集在穹顶的非晶片部分、屏及盒形真空室的壁上。这用均匀性掩模实现，并表明收集效率相较传统尺寸的单穹顶系统提高。

例3

图7示出了具有5个穹顶的现有技术HULA系统。一个这样的系统的例子可从Ferrotec-Temescal按型号HUHY-54获得，其使用具有5个轨道穹顶状件80的49英寸宽穹顶。晶片直径为5.825英寸。涂覆工艺使用5个轨道穹顶上的30个晶片，具有36°¹/₂角度的蒸气角。

表3

表3指明21％的晶片收集及现有技术HULA系统相较具有30个晶片总数的单穹顶系统的优势。这意味着79％的蒸发物材料被浪费并收集在卫星穹顶、屏及盒形真空室的壁上。这表明相较表1的具有掩模的30晶片单轴穹顶，收集效率提高16.18％。如先前已注意到的，掩模使效率损失约11％-12％。通过去除掩模并按上述进行构造，不仅增加所有掩模损失对应的量，而且贡献另外的3％-4％。

例4

本发明系统的一实施例包括可从Ferrotec-Temescal按型号HUHY-54获得的传统剥离HULA穹顶系统，其使用54英寸宽的穹顶，具有6个轨道穹顶状件80和一中央穹顶状件60。图4为该系统的示意性例子。晶片直径为5.825英寸。涂覆工艺使用42个晶片、6个轨道穹顶加一中央穹顶，具有36°¹/₂角度的蒸气角。

表4

如表4中可看出的，本发明系统具有29.95％的晶片收集。这意味着仅70.05％的蒸发物材料被浪费并收集在中央和卫星穹顶、屏及锥形真空室的壁上。还应注意，相较于表2的更大的60晶片传统单轴例子，该收集效率以仅42晶片的总晶片负载实现。这以卫星穹顶没有均匀性掩模及中央穹顶仅有相当小的均匀性掩模进行。这表明相较单穹顶系统及未使用传统中央穹顶的现有技术HULA系统，收集效率进一步提高。随着更高百分比的金流沉积在晶片上，每一沉积轮次的持续时间缩短，从而生产量提高。更小且一致形状的轨道及中央晶片穹顶还用作快速更换过程中成群晶片装载和卸载的天然托架。该工效学因素加速装载/卸载周期，通过使用一组备用托架使能脱机或使可能在真空抽空步骤的外面进行穹顶装载和卸载。此外，抽空时间更短，这也提高生产量。生产量意为每给定时间段涂覆的晶片数量。

除了收集效率和相关联的材料、储存和处理成本之外，减小的锥形外壳体积提供另外的、现有技术系统未实现的好处。这些好处包括其它优点。这些优点为锥形室可通过液压成型工艺制造，从而它们的总制造成本将远低于制造厚的、超加强的、及焊接的立方体时的成本。相较于盒形室，锥形室使用更少的材料及更轻和更易于运输。清洁、维护和更换沉积屏的成本大大减少。锥形室形状使可能将附属的泵、气动部件和电子部件结合在其直径由锥体的上直径确定的紧凑圆柱体内。低温泵可面向远离枪、沉积室中的热源的方向并向上进行安装，使得它们在沉积室的主体的下面。该位置有利于高导泵浦。泵浦效率的提高使可能大大减小泵的尺寸、降低初始系统成本、及减少超时运行泵所需要的能量。生产量的另外提高也源自更换屏所需要的时间的减少，这些屏在锥形设计中远小于盒形涂布机中的屏。

尽管本发明的优选实施方式已在此进行描述，上面的描述仅是说明性的。相应技术领域的技术人员可对在此公开的发明进行进一步修改，所有这些修改均视为在所附权利要求限定的发明范围内。

Claims (14)

1.一种用于将均匀剥离材料沉积在衬底上的设备，所述设备包括：

锥形外壳，该锥形外壳具有圆顶、底部开口和从圆顶朝向底部开口收敛的倾斜侧壁；

蒸发源，该蒸发源邻近所述底部开口定位并与延伸通过圆顶中心的第一轴对准，所述蒸发源定位在位于所述第一轴上的中心点处；

位于蒸发源上方并邻近圆顶的中央穹顶状件，该中央穹顶状件具有在第一轴上的中心点并距位于第一轴上的、中央穹顶状件的中心点具有恒定半径，其中该中央穹顶状件绕其中心点和第一轴旋转；

一个或多个轨道穹顶状件，所述轨道穹顶状件位于蒸发源上方并邻近圆顶、偏离第一轴且处于距第一轴恒定半径处，其中一个或多个轨道穹顶状件绕第一轴旋转，及其中每一轨道穹顶状件同时绕延伸通过该轨道穹顶状件的中心点及蒸发源的第二轴旋转，一个或多个轨道穹顶状件的直径和凹面均与中央穹顶状件相等，中央穹顶状件和轨道穹顶状件的弧线与其中心在第一轴上并位于蒸发源处的球体一致；

位于蒸发源和中央穹顶状件之间的均匀性掩模，该均匀性掩模具有宽度，所述宽度随距中央穹顶状件的第一轴的半径增加而从预定宽度逐渐变为较窄宽度，及该均匀性掩模在操作上仅影响中央穹顶状件；及

一个或多个晶片接收位置，位于一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件中的每一个内，用于在其中接收晶片；每一晶片接收位置构造成将安装于其中的晶片的衬底表面定向成在绕第一轴和第二轴旋转期间与从晶片接收位置延伸到蒸发源的径向轴正交，正交的晶片接收位置使能剥离工艺。

2.根据权利要求1的设备，其中一个或多个晶片接收位置与蒸发源正交。

3.根据权利要求1的设备，还包括定位一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件并使其绕第一轴旋转的支撑结构。

4.根据权利要求3的设备，其中所述支撑结构定位一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件，其中由一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件形成的弧线与其中心在第一轴上且位于蒸发源处的球体的圆周一致。

5.根据权利要求3的设备，其中所述支撑结构包括使一个或多个轨道穹顶状件绕其各自的第二轴旋转的驱动系统。

6.根据权利要求1的设备，其中一个或多个轨道穹顶状件等于六个轨道穹顶状件。

7.一种用于在衬底上沉积均匀剥离材料的气相沉积装置，该装置包括：

蒸发源；

安装成绕通过蒸发源的第一轴旋转的支撑框架；

距位于第一轴上的中心点具有恒定半径的中央穹顶状晶片支架，该中央穹顶状晶片支架安装到所述支撑框架上，其中中央穹顶状晶片支架的中心与所述第一轴对准并定位成远离蒸发源，所述蒸发源定位在所述中心点处，所述中央穹顶状晶片支架具有位于蒸发源和中央穹顶状晶片支架之间的均匀性掩模以在操作上仅影响中央穹顶状件，所述均匀性掩模具有宽度，所述宽度随距中央穹顶状晶片支架的第一轴的半径增加而从预定宽度逐渐变为较窄宽度；

安装到所述支撑框架上的轨道穹顶状晶片支架，轨道穹顶状晶片支架处于偏离第一轴的位置并可绕通过轨道穹顶状晶片支架和蒸发源的中心的第二轴旋转；

位于蒸发源和中央穹顶状件之间的均匀性掩模，该均匀性掩模操作上保证仅与中央穹顶状件一起使用；及

中央穹顶状晶片支架和轨道穹顶状晶片支架上的多个晶片位置，其中每一晶片位置均偏离第一轴和第二轴，多个晶片位置中的每一个构造成将安装于其中的晶片的衬底表面定向成在绕第一轴和第二轴旋转期间与从晶片位置延伸到蒸发源的径向轴正交。

8.根据权利要求7的装置，还包括具有圆顶、底部开口和从圆顶朝向底部开口收敛的侧壁的锥形外壳，该锥形外壳包围邻近底部开口的蒸发源和邻近圆顶的支撑框架、中央穹顶状晶片支架及轨道穹顶状晶片支架。

9.根据权利要求7的装置，其中所述支撑框架包括使中央穹顶状晶片支架和轨道穹顶状晶片支架绕第一轴及使轨道穹顶状晶片支架绕第二轴旋转的驱动系统。

10.根据权利要求7的装置，其中所述中央穹顶状晶片支架和轨道穹顶状晶片支架关于蒸发源具有恒定的半径。

11.根据权利要求7的装置，其中多个晶片位置中的每一个为晶片接收开口。

12.在晶片上有效率地产生剥离涂层的方法，该方法包括：

蒸发来自定位在中心点处的蒸发源的材料；

使与所述蒸发源隔开的中央穹顶状件绕通过中央穹顶状件的中心和通过所述中心点并定位成远离所述蒸发源的第一轴旋转，所述中央穹顶状件具有安装于其上并偏离第一轴的晶片并具有与所述蒸发源正交的表面及具有位于中央穹顶状件和所述蒸发源之间的均匀性掩模；及

使偏离中央穹顶状件的轨道穹顶状件绕第一轴旋转及使轨道穹顶状件绕通过该轨道穹顶状件的中心和所述蒸发源的第二轴旋转，所述轨道穹顶状件具有安装于其上并偏离第二轴的晶片并具有与所述蒸发源正交的表面，其中所述中央穹顶状件和所述轨道穹顶状件形成的弧线与其中心在第一轴上并位于蒸发源处的球体的圆周一致。

13.根据权利要求12的方法，其中使中央穹顶状件和轨道穹顶状件绕第一轴旋转及使轨道穹顶状件绕第二轴旋转同时发生。

14.根据权利要求12的方法，还包括执行步骤：蒸发材料，在具有圆顶、底部开口和从圆顶朝向底部开口收敛的侧壁的锥形外壳内旋转中央穹顶状件和旋转轨道穹顶状件，其中材料的蒸发邻近底部开口进行，中央穹顶状件和轨道穹顶状件的旋转邻近圆顶进行。